Miért (nem) kell méretezni az antennakábel hosszát?

- kísérlet egy széles körben elterjedt tévhit eloszlatására...

A CB-s, de még a rádióamatőr világban is gyakran elhangzik tanácsként, hogy a rendszer (rádió, kábel, antenna) tökéletes működéséhez elengedhetetlenül szükséges a koaxkábel méretezése / hangolása, aminek során a kábel hosszát a hullámhossz negyedének egész számú többszörösére kell vágni annak érdekében, hogy ezáltal az SWR érték minimális legyen.
Valóban szükség van erre? Ha igen, akkor miért nem szól erről egyetlen gyártó által kiadott kezelési útmutató sem, miért csak szóbeli legendák, ill. mendemondák terjengenek?
Miért vált ki ez a téma minden alkalommal jelentős indulatokat, amikor a legendákat, tévhiteket eloszlató, fizikai tényekkel alátámasztott ismeretek már hosszú évtizedek óta hozzáférhetőek a különböző nyomtatott szakirodalmakban?
A félreértést valószínűleg az okozza, hogy a koax "hangolását" propagáló emberek összetévesztik az illesztett tápvonalat a hangolt tápvonallal.
A kérdés tisztázására a Karl Rothammel által írt, a Műszaki Könyvkiadó által 1976-ban magyar nyelven is kiadott Antennakönyvet hívtam segítségül, amelynek 5.2. fejezetében (Nagyfrekvenciás tápvonalak fizikai tulajdonságai) található meg a válasz.

"Az optimális teljesítményátvitel feltételei akkor vannak biztosítva, ha a generátor (pl. adóvégfokozat) Ri impedanciája megegyezik a fogyasztó (pl. antenna) Ra impedanciájával. Az energiaátvitelre szolgáló tápvonalat ugyancsak illeszteni kell: Z hullámellenállásának azonosnak kell lennie Ri-vel, és Ra-val: Ri=Z=Ra. Ebben az esetben az átviteli veszteségek kizárólag a réz-, és dielektromos veszteségre korlátozódnak."

Illesztett tápvonal: Ri=Z=Ra.
Az 5.3-as fejezetben (A táplálás módjai) :
"Ha egy tápvonalnál az [...] impedanciaillesztés feltétele biztosítva van [...] egyetlen ponton sem alakul ki állóhullám, az illesztett tápvonal hossza tetszőleges lehet. Ilyenkor - legalábbis koaxiális kábeleknél - csupán az elkerülhetetlen frekvenciafüggő tápvonalcsillapítás lép fel."

Fenti idézetekből jól látható, hogy nem a kábel hangolásáról, hanem a komplett rendszerre vonatkozó, ún. illesztéséről van szó, amely egyszerűen megvalósítható csupán azáltal, ha olyan koaxkábelt használunk, amelynek hullámimpedanciája megegyezik az adó kimeneti, ill. az antenna talpponti impedanciájának értékével, - ez URH-s, és CB-s alkalmazásokban tipikusan 50 ohm gyárilag. 
Amennyiben ennek ellenére sem sikerül normális SWR értéket beállítani, ott nem a kábel hosszával van a probléma, hanem az antenna telepítése helytelen, vagy a konstrukciója hitvány. Ilyen esetekben a hiba forrásának megtalálása, és elhárítása az elsődleges feladat, nem pedig a kábel vagdosásával való bohóckodás. Erre utal az Antennakönyv is:

"Nehezebb vagy legalábbis kényelmetlenebb azokat az illesztési hibákat kompenzálni, amelyek a rendszerint nehezen megközelíthető antenna-betáplálási pontnál lépnek fel. Az ilyen illesztési hiba a tápvonal adó felőli végén semmiféle beavatkozással nem szüntethető meg; a hullámosság a tápvonalról nem tüntethető el; ez csak a hiba forrásánál, az antennánál lehetséges."

Ugyanebben a fejezetben, pár bekezdéssel később kiderül, hogy a kábel hosszának "hangolása" nemcsak felesleges, hanem adott esetben még káros is lehet:

"Bizonyos esetekben [...] ún. köpenyhullámok léphetnek fel. Ezek a kábelt burkoló fémszövedéken kialakuló kompenzációs áramok következtében jönnek létre, hatásukra a kábelköpeny sugároz.
Köpenyhullámok jelentkezhetnek aszimmetrikus terhelés esetében is, amikor pl. szimmetrikus antennarendszert közvetlenül aszimmetrikus koaxiális kábellel táplálunk, vagy amikor a kábel+ antenna együttes a gerjesztőfrekvenciával valamilyen rezonanciában van (pl. felharmonikus rezonancia). Ilyen esetben a kábel hosszának változtatásával segíthetünk a bajon."


Milyen esetekben használnak hangolt tápvonalat?

A rádióamatőr gyakorlatban a CB-nél jelentősen nagyobb (160/80/40 méteres) hullámhosszúságú sávokban is történik forgalmazás. A λ/4-es, ill. λ/2-es sugárzók a jelentős fizikai méretek miatt ezekben a sávokban gyakran nem használhatóak. Helyette rövidített antennákat alkalmaznak, amelyeket többsávos üzemben használnak. Ezeknek az ún. felharmonikusan gerjesztett antennáknak a talpponti impedanciája és rezonanciaviszonyai változnak, - ezért tökéletes illesztés mindig csak egy sávon érhető el. Idézet az Antennakönyvből:

"Az áram és feszültségcsomópontok mindig λ/4 távolságban ismétlődve alakulnak ki. Ezért egy tápvonal akkor tekinthető hangoltnak, ha a hossza λ/4, vagy annak egész számú többszöröse. Noha az ilyen tápvonalon állóhullámok vannak, a bemeneti, ill. kimeneti impedanciája mégis valós, vagyis tisztán rezisztív. Hangolt tápvonal segítségével az antenna felharmonikus gerjesztéssel több sávon is üzemeltethető, ami illesztett tápvonallal nem oldható meg. A hangolt tápvonal az antenna nem sugárzó meghosszabbításaként is felfogható. A tápvonalnak és antennának együttesen is rezonanciában kell lenniük. Ez azt jelenti, hogy a sugárzó és a nem sugárzó hányadnak külön-külön vizsgálva nem kell feltétlenül rezonanciában lennie, ha együttesen rezonanciában is vannak. Ezért pl. egy túl rövidre, vagy túl hosszúra sikerült sugárzó meddő hányada a tápvonal alsó végének meghosszabbításával, ill. rövidítésével kompenzálható. A gyakorlatban a tápvonalnak ez a meghosszabbítása, ill. megrövidítése nem mechanikusan, hanem - megfelelő antennahangoló egységekkel - elektromos úton végezhető. A hangolt tápvonalak geometriai hosszát nem célszerű pontosan rezonanciára méretezni, mert ez esetben a Föld felé azonos fázisú hullámok léphetnek fel (ún. Marconi-effektus). Ilyenkor a hangolt tápvonal antennaként működik és erősen sugároz, ezért célszerű a hangolt tápvonalat rezonáns hosszánál valamivel rövidebbre vagy hosszabbra készíteni és antennacsatolókörökkel pontos rezonanciába hozni."
Nyomatékosan ki kell emelni azonban, hogy mindezek csak a hangolt tápvonalakra érvényesek!

Az index fórum CB-s topicjában XANTIi az alábbi kiegészítést tette: "...a CB-ben is vannak trükköző gyártók. Akik a gagyi mobilantennát egy hangolt koax-al adják el. Pár  ilyen ráírja, hogy ne változtass a hosszon, de sokan még ezt is lespórolják. De van a hangolt tápvonalra is élő példa. A 2 antennás, kamion tükörszárra szerelhető. Itt párhuzamosan van kötve (!!!) a két koax de úgy, hogy az illesztést a rezonáns hossz adja ki. Mindkét antenna 100 Ohmra van belőve, azok párhuzamosan kiadják a végső 50 ohmot. De azokon is tilos változtatni a kábelhosszt."


2019.09.12-10-01.
Szegecs